книги из ГПНТБ / Аграновский, К. Ю. Основы теории радиоэлектронных систем морских объектов
.pdf
К. Ю. Аграновский, П. И. Киселев, Е. А. Свядощ
ОСНОВЫ
ТЕОРИИ
радио электронных систем морских объектов
ИЗДАТЕЛЬСТВО «СУДОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАД'
19* 1 , 1 / ■ -
*v4
иг>л::ч':.:я
”н»',,'гс-'-^-.'ккчРска •
УДК 621.396.6:629.12.066 |
б. |
о |
, л |
|
|
|
|
|
ш з - : |
.п д,;- |
|
|
|
!:-;T i'j.b l ;о г о ЗАЛА |
|||
|
|
^ - З |
б ' С |
’о Ю |
|
А25 |
Основы теории |
радиоэлектронных |
систем морских объектов. |
||
|
Аграновский К. К)., Киселев П. И., Свядощ Е. А. |
||||
|
В книге рассмотрены основы теории радиоэлектронных систем |
||||
|
морских объектов, в которых для передачи управляющей информа |
||||
|
ции используются различные физические поля. |
||||
|
Описываются современные радиоэлектронные системы ава |
||||
|
рийно-спасательных, |
промышленных и |
рыбопоисковых средств, |
||
системы для океанографических исследований, радиоэлектронные системы обнаружения подводных и надводных целей.
Освещаются общие принципы построения радиоэлектронных систем, характеристики управляющих сигналов и помех. Изла гаются методы оценки эффективности и прогнозирования характе ристик систем. Приводятся основные уравнения управляющих полей и описываются расчетные модели для определения их пара метров; излагаются методы учета случайных изменений параметров управляющих полей.
Развиваются информационные основы работы радиоэлектрон ных систем и описываются основные информационные процессы, протекающие в них. Рассматриваются вопросы обнаружения и распознавания морских объектов радиоэлектронными системами. Подробно освещаются задачи фильтрации сигналов в радиоэлек тронных системах.
В книге, наряду с обобщением уже известных материалов, при водятся новые результаты, отражающие специфику радиоэлек тронных систем морских объектов. К ним относится методика рас чета параметров управляющих полей с учетом случайных измене ний морской среды, информационные процессы в радиоэлектронных системах, в том числе оценка информационной способности управ ляющих сигналов, вариационный метод синтеза оптимальных фильтров, корреляционный метод фильтрации сигналов с учетом эффекта Допплера.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области автоматического управления морскими объектами, пре подавателей, аспирантов и студентов старших курсов вузов соот ветствующего профиля.
Ил. 94. Табл. 3. Литерат. 113 назв.
Рецензенты:
д-р техн. наук К- И. РОГОЖНИКОВ, канд. техн. наук доц. А. И. НОСОВ Научный редактор канд. техн. наук доц. Г. М. СВЕРДЛИН
А 31805—072 60—74 |
© Издательство «Судостроение», 1974 г. |
048(01)—74 |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
В нашей стране и за рубежом за последнее время издано значи тельное число книг, посвященных подводным техническим средствам. Часть этих книг носит обобщающий характер [50, 55, 61 ]. Другая со держит углубленное изложение отдельных научно-технических во просов [36, 63].
Изданная ранее книга одного из авторов [1 ] была целиком посвя щена радиоэлектронным системам подводных технических средств, в которых для передачи управляющей информации используются различные физические поля. Работа была первой научно-технической монографией по этому вопросу. В ней излагались общие принципы построения систем, а также начальные сведения по их теории и мето дам расчета.
В предлагаемой книге эта тема получила дальнейшее развитие, Она является первым опытом систематического изложения прикладной теории радиоэлектронных систем морских объектов.
Книга состоит из трех частей. Первая часть (главы 1—3) содер жит общие сведения о радиоэлектронных системах морских объектов. Во второй части (главы 4—6) рассматриваются параметры управляю щих полей. Третья часть (главы 7—9) посвящена информационным основам работы радиоэлектронных систем.
Все главы книги логически связаны между собой. В первой главе приводятся общие сведения о современных морских объектах и их радиоэлектронных системах. Эта глава написана на основе обобщения главным образом зарубежных материалов. Во второй главе освещаются общие принципы построения радиоэлектронных систем морских объек тов. В третьей главе рассматриваются методы оценки эффективности
ипрогнозирования характеристик радиоэлектронных систем. Последующие три главы раскрывают физический механизм форми
рования управляющих полей радиоэлектронных систем. В четвертой главе даются необходимые сведения об уравнениях управляющих полей в морской среде и методах построения расчетных моделей. Пятая глава посвящена расчету параметров управляющих полей. В шестой главе приводится методика учета случайных изменений параметров управляющих полей в морской среде.
Вседьмой главе рассмотрены основные информационные процессы
врадиоэлектронных системах. Восьмая глава посвящена проблеме обнаружения и распознавания управляющих воздействий радиоэлект ронными системами. Девятая глава охватывает вопросы фильтрации сигналов в радиоэлектронных системах.
Книга написана |
коллективом авторов под руководством д-ра |
техн. наук проф. К- |
Ю. Аграновского. Кроме авторов в работе над |
книгой принимали участие: д-р техн. наук Г. А. Пахолков и канд. техн. наук В. В. Кашинов (§ 9.1—9.3), канд. техн. наук доц. О. С. Голод (§ 9.4), канд. техн. наук доц. С. В. Новиков (§ 8.2).
Основным назначением книги является изложение прикладной тео рии радиоэлектронных систем морских объектов. Эти вопросы пред ставляют интерес для специалистов соответствующего профиля. Вместе с тем книга может быть полезной широкому кругу инженеров, рабо тающих в смежных областях радиоэлектроники и автоматики, студен там вузов и курсантам высших морских училищ.
Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам книги д-ру техн. наук К- И. Рогожникову и канд. техн. наук доц. А. И. Но сову, ее научному редактору канд. техн. наук доц. Г. М. Свердлину за ценные замечания, сделанные ими при подготовке рукописи к печати.
ВВЕДЕНИЕ
Наше время характеризуется настойчивым проникновением че ловека в глубины Мирового океана. Исследование и освоение морских глубин определяется как научными интересами, так и практическими задачами использования неисчерпаемых запасов промышленного сырья и пищевых продуктов, содержащихся в морской среде.
Директивами XXIV съезда КПСС предусматривается «развитие научных работ по океанологии, физике атмосферы, географии для раз работки проблем более широкого и рационального использования естественных ресурсов... морей и океанов». 1
Известно, что под водой имеются месторождения нефти и газа, по своим запасам превосходящие земные. В них сосредоточено более 70% потенциальных ресурсов нефти Западного полушария и более 85% Восточного.2 Уже сейчас на морских нефтепромыслах получают? пятую часть всей мировой добычи нефти.3 В Советском Союзе добыча нефти из-под воды ведется на Каспийском море.
На дне Океана обнаружено огромное количество минеральных образований, содержащих марганец, железо, никель, кобальт и другие необходимые человечеству элементы. Подсчитано, что количество кобальта под водой примерно вдвое превышает его земные запасы. В центральной части Индийского океана советским гидрографическим судном «Витязь» обнаружены на глубинах 4—6 тыс. м минеральные образования, содержащие в больших количествах марганец и железо. Ведется промышленное извлечение из морской воды поваренной соли, марганца, брома и других элементов, необходимых для промышлен ности, сельского хозяйства, медицины.
Неисчерпаемы и биологические ресурсы Океана. Сейчас он дает 70 млн. т рыбы в год.4 Однако человечество только начинает осваивать глубинный лов рыбы.
1 Директивы XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народ
ного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. М., Политиздат, 1971. |
П р о к о ф ь е в . |
|||||
2 В. |
И. |
М а к с и м о в , А. |
А. Н о в и к о в , |
О. П. |
||
Подводный флот специального назначения. |
М., Воениздат, 1965. |
|||||
3 Л. |
М. |
Б р е х о в с к и х. |
Океан |
сближает |
страны. |
«Правда», 1973; |
24 июля. |
|
|
|
|
|
|
4 'То же.
5
На глубинах, еще не доступных для человека, сосредоточено ог ромное количество рыб, моллюсков и ракообразных, пригодных в пищу человека. Океан богат также пищевыми водорослями, которые могут пойти в пищу человека или на корм скоту. В настоящее время известно около сотни типов таких водорослей.
Чрезвычайно важны океанологические и гидротермодинамические исследования Океана. Перемещения гигантских масс воды Океана в значительной степени определяют погоду на континентах. Изучение подводных течений, рельефа морского дна, турбулентных явлений в толще воды позволит обеспечить безаварийное плавание подводного и надводного флотов.
Нельзя не указать на военные аспекты освоения глубин Океана. Для использования Океана в милитаристских целях разрабатываются проекты создания на его дне глубоководных океанских баз подводных лодок [55], ракетно-ядерных установок, средств слежения за подвод ными лодками и т. д.
Этим планам противостоит миролюбивая политика Советского Со юза, по инициативе которого в 1971 году подписан Договор о запре щении размещения на дне морей и океанов и в его недрах ядерного оружия и других видов оружия массового уничтожения.
Изучение и освоение Океана — огромная комплексная проблема, требующая для своего разрешения соединенных усилий, взаимодей ствия ученых и инженеров разных стран. Необходимость такого со трудничества определяется потребностью проведения комплексных океанографических исследований в различных районах Океана, слож ностью научно-технических задач, которые должны решаться, и заинте ресованностью -всего человечества в освоении Мирового океана.
Огромным шагом вперед в разрешении этой проблемы является достигнутое в 1973 г. соглашение о сотрудничестве СССР и США в об ласти исследования Мирового океана, сотрудничество, которое будет осуществляться не только в интересах обеих стран, но и в интересах всех народов мира.
Освоенной и доступной для человека можно пока еще считать не значительную часть Мирового океана. К ней относятся районы конти нентального шельфа с глубинами до 200—300 м. Эта часть составляет лишь 8% общей площади Океана.
В современных условиях и на ближайшее будущее ставится задача изучения и освоения глубин до 2000 м. Вместе с районами континен тального шельфа они составляют около 29% всей водной поверхности Океана. Остальная его часть является пока еще труднодоступной и
.малоисследованной.
Проблема освоения морских глубин выдвигает широкий круг задач по дальнейшему развитию подводных технических средств.
Наука о морских глубинах и практика их освоения в наши дни
достигла такого развития, |
когда дальнейший их прогресс зависит |
от совершенствования этих |
средств. |
В зависимости от глубины использования подводные технические средства могут быть классифицированы по способу движения их но
6
сителя. На сравнительно малых глубинах используются корабельные (т. е. находящиеся на борту корабля) и буксируемые подводные аппараты.
Корабельные аппараты включают в свою конструкцию забортный элемент, непосредственно связанный с морской средой. Буксируемые аппараты — это своего рода подводные планеры. Для работ на сред них глубинах используются автономные самоходные подводные ап параты. Они напоминают малые подводные лодки с горизонтальным или вертикальным гребным винтом. На больших глубинах нашли применение батискафы, погружение и всплытие которых осуществля ется изменением их плавучести. Батискафы подобны дирижаблям с той лишь разницей, что в батискафах применяется не газ, а жидкость.
По своему устройству подводные средства могут быть автономными, т. е. не имеющими при проведении работ механической связи тросом или кабель-тросом с обеспечивающим надводным или подводным ко раблем, и неавтономными, т. е. имеющими такую связь. Как автоном ные, так и неавтономные подводные средства могут быть обитаемыми и необитаемыми.
Все выполняемые в глубинах моря работы отличаются большой сложностью. Поэтому подводные средства характеризуются высокой степенью автоматизации. Основой автоматизации подводных средств являются радиоэлектронные системы, назначение которых чрезвы чайно обширно.
С помощью радиоэлектронных систем выполняется связь с обеспе чивающими кораблями, осуществляется управление движением под водных средств, обнаруживаются и классифицируются предметы поиска, решаются навигационные задачи, измеряются физические параметры забортной среды и т. д.
Подводные средства в случае необходимости снабжаются телевизи онными установками, механическими манипуляторами, устройствами для автоматического взятия проб воды, грунта и т. д. В дальнейшем все многообразие подводных технических средств мы будем называть морскими объектами, а их радиоэлектронные системы — радиоэлект ронными системами морских объектов.
Отметим следующие две особенности радиоэлектронных систем морских объектов.
Во-первых, все многообразие задач выполняемых радиоэлектрон ными системами, сводится к необходимости получения информации об окружающей морской объект обстановке. Следовательно, радио электронные системы морских объектов должны быть прежде всего системами информационного типа.
Во-вторых, морская среда ограничивает возможность использова ния радиоволн. Поэтому в радиоэлектронных системах морских объ ектов для передачи управляющей информации применяются физичес кие поля, хорошо распространяющиеся в морской среде. К ним от носятся акустическое, магнитное, электромагнитное и др.
Эти две особенности определили узловые вопросы теории радио электронных систем как элементов морских объектов. Такими воп росами являются:
7
—оценка эффективности и прогнозирование характеристик радио электронных систем как элементов морских объектов;
—характеристики параметров управляющих полей;
—информационные процессы в радиоэлектронных системах;
—обнаружение и распознавание управляющих сигналов радио
электронных систем;
— фильтрация сигналов в радиоэлектронных системах. Освещение этих вопросов и составляет содержание предлагаемой
книги.
ЧАСТЬ I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ
СИСТЕМЫ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ
Современные морские объекты разнообразны по своим принципам действия и конструкциям. Их удобно классифицировать по назначе нию. При такой классификации могут быть выделены следующие ос новные группы подводных средств:
—аварийно-спасательные;
—промышленные;
—рыбопоисковые;
—для океанографических исследований;
—военного назначения для обнаружения и поражения подводных
лодок и надводных кораблей.
Следует заметить, что разнообразие устройств морских объектов и решаемых ими задач не позволяет провести их строгую классифика цию. Поэтому классификация морских объектов по назначению ус ловна. Так, многие современные подводные средства являются много целевыми. Они предназначены для выполнения нескольких задач.
§1.1. РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ,
ПРОМЫШЛЕННЫХ И РЫБОПОИСКОВЫХ СРЕДСТВ
1.1.1.Аварийно-спасательные и промышленные средства
Общая характеристика аварийно-спасательных и промышленных средств. Аварийно-спасательные и промышленные операции охваты вают широкий круг задач. К таким задачам относятся поиск и обна ружение затонувших предметов, спасение личного состава потерпев ших аварию подводных лодок, разведка полезных ископаемых и др.
Различные типы морских объектов, предназначенных для выполне ния этих задач, схематично показаны на рис 1.1 [881. В пределах мелководного шельфа используются стационарные исследовательские станции 1, гидроакустические буи-ответчики 2, подводные зарядные станции 3, обитаемые морские лаборатории 4. На этих же глубинах применяются с обеспечивающих судов контейнеры для транспорти ровки личного состава 5, средства водолазного обеспечения 6, средства
9